calculo de embragues
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5/26/2018 Calculo de Embragues
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Universidad Autnoma Chapingo
Departamento de ingenieria mecnica agrcola.
Tractores y Automoviles.
Trabajo extraclase: Clculo de embragues.
Presenta:
Aguilar Hernndez Guillermo
GRADO:6 GRUPO:1
PROFESOR: Ing Jos Ramn Soca Cabrera
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Chapingo Estado de Mxico, a 30 de Marzo de 2014.
1. INTRODUCCIN.
El embrague es el primer mecanismo que interviene en la transmisin de potencia
desde el motor hasta los neumticos. El embrague se encuentra situado entre el
motor y la caja de cambios, formando un conjunto; motor, embrague y caja de
cambios. El embrague se encarga de acoplar y desacoplar la transmisin del par
desde el motor a la caja de cambios, el acoplamiento en todos los tipos de
embragues se realiza de forma progresiva y sin tirones.
El tipo de embrague montado en el vehculo est condicionado por el modelo de
caja de cambios: los vehculos con cajas de cambios manuales obligan a montar
embragues de friccin en seco o baados en aceite y controlados por el conductor
desde el pedal del embrague.
El embrague de friccin permite realizar el corte de la transmisin del par al
cambio y poder realizar el cambio de velocidades de forma manual; loscomponentes del embrague se encuentran sometidos al desgaste propio en cada
acoplamiento, cuando el vehculo ha realizado un determinado nmero de
kilmetros, es necesario cambiar los componentes desgastados.
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Las cajas automatizadas, tipo DSG y Powershift, montan dos embragues de
friccin baados en aceite en un conjunto, el accionamiento de los dos embragues
se realiza de forma independiente y automtica con la gestin del mdulo del
cambio. El vehculo no dispone de pedal de embrague.
Las cajas automticas sin gestin electrnica (vehculos clsicos) montan
embragues hidrulicos, la transmisin del par del motor se realiza de forma
automtica al aumentar el nmero de revoluciones del motor, el vehculo no
dispone de pedal de embrague.
En las cajas automticas modernas gestionadas electrnicamente, se montan
convertidores de par con embrague anulador.
El convertidor de par es un mecanismo automtico que acopla la transmisin de
forma continua y automtica, al aumentar el nmero de revoluciones del motor, sin
la intervencin directa del conductor. El embrague anulador que lleva incorporado
el convertidor es gestionado por el mdulo del cambio y permite acoplar la
transmisin de forma directa del motor al cambio, anulando el resbalamiento y las
prdidas de potencia del convertidor.
El embrague anulador es la nica pieza que trabaja por friccin y es la que ms
averas provoca en el convertidor.
2. OBJETIVOS.
2.1. Objetivos Generales.
Realizar el clculo del embrague del vehculo Jeep Ika.
Comprender el procedimiento para calcular el embrague de un vehculo
automotor.
2.2. Objetivo Particular.
Identificar los materiales ms usados para la fabricacin de los embragues
segn las caractersticas que resulten de los clculos.
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3. CLCULO DE EMBRAGUE DE UN DISCO.
Por su sencillez constructiva, fiabilidad y posibilidad de adaptarse fcilmente enla cavidad que se encuentra libre en el volante del motor de combustin interna
(MCI) es que han tenido gran aplicacin en los autos y tractores.
4. DESCRIPCIN.
4.1. Exigencias hacia los embragues.
Las exigencias fundamentales hacia los embragues se encuentran:
Debe transmitir todo el momento torsor mximo del MCI, sin patinaje o
resbalamiento cuando se encuentre embragado (acoplado).
Cuando se encuentre desembragado el vehculo debe desacoplar
completamente la transmisin de potencia con un mnimo recorrido del
mando, lo cual no se consigue con el embrague cnico.
Los elementos conducidos del embrague deben poseer mnimos valores de
momento de inercia, con el fin de conseguir tiempos mnimos para el
cambio de velocidades en la caja de transmisin.
La fuerza de empuje que se aplica a las superficies de friccin no se debe
transmitir a los dems elementos aledaos.
El embrague debe tener la durabilidad aceptada en las normas, elevada
tecnologa constructiva, sencillez en el mantenimiento y ajuste, entre otras.
4.2. Componentes de los embragues.
a) Componentes motrices
Volante. Sincronizado con el embrague para bloquear y permitir el flujo de
fuerza hacia la caja de cambios.
Plato opresor. Genera la friccin para impedir la transmisin de fuerza hacia
la caja de cambios.
Campana o cuerpo centrador.
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Tornillos de fijacin. Aseguran el plato opresor al sistema.
Resortes o muelles. Soportan fuerza de presin al bloqueo del flujo de
fuerza.
b) Componentes conducidas
Disco de embrague con los forros y las estras en el centro
c) Partes del mecanismo de mando
Palanca, palanquillas o dedos de desembrague con apoyos
Collarn
Asiento del acople de la horquilla
Base de deslizamiento del asiento (cople).
4.3. Acerca del embrague en Jeep Ika.
El conjunto del embrague se halla instalado entre el motor y la caja de
velocidades, abulonado al volante del motor.
El "Sistema de Embrague", est formado por dos partes bien definidos como son:
a) Mecanismo de Acoplamiento y Desacoplamiento; b) Mecanismo de Mando delEmbrague. En cuanto al conjunto en s, tiene la misin de permitir acoplar o
desacoplar el motor de las ruedas motrices.
Si el embrague funciona correctamente, el vehculo se pondr en movimiento,
suave y progresivamente y los cambios de velocidades se realizarn con facilidad.
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Las unidades Jeep estn equipados con un conjunto de embrague marca Auburn
o Wobron, del tipo monodisco seco, con acoplamiento por placa de presin.
El Wobron, modelo Borg & Beck 1304, difiere del modelo 1477 en que tiene seis
resortes de tensin en lugar de nueve.
Est constituido por los elementos que se muestran en la figura.
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4.4. Parmetros principales del embrague.
- Coeficiente de seguridad.
Pe - Fuerza de empuje o de compresin de los resortes.
de, di- Dimetros externos e internos de los forros de rozamientos del disco.
S - Grosor del disco embrague.
- Coeficiente de rozamiento de las superficies de trabajo del embrague
(seleccionar de literatura especializada, siempre debe ser (0.30.4).
n - Cantidad de resortes.
z - Cantidad de superficies de rozamiento.
q - Presin especfica de las superficies en rozamiento. l1- Desplazamiento del plato opresor.
t - Cantidad de palanquillas (dedos).
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5. CLCULOS PRINCIPALES.
5.1. Datos tcnicos principales de del vehculo prototipo. Necesarios
para este clculo
Jeep Ika
Caracterstica Valor
Momento torsor mximo al volante del motor 545 [Nm]
Frecuencia de rotacin nominal del motor 3800RPM
Dimetro exterior del volante 260mm
5.2. Coeficiente de seguridad ().
El coeficiente de seguridad de los embragues se debe encontrar entre los
siguientes intervalos segn el vehculo.
Para autos ligeros: = 1.2 a 1.75;
Para autos de carga: = 1.5 a 2.2;
Para autos todoterreno: = 1.8 a 3.0;
Para tractocamiones y tractores: = 2.5 a 3.0.
El coeficiente de seguridad se calcula por medio de la siguiente ecuacin:
Dnde:
- Momento de rozamiento del embrague.
- Momento torsor mximo que entrega el motor.
Este coeficiente garantiza el trabajo cuando disminuye el coeficiente de
friccin, ; y la fuerza de presin de los muelles, ; y/o cuando aumenta el
desgaste de los forros o superficies de rozamiento.
Como ejemplo se puede mencionar que durante la explotacin de los vehculos
el coeficiente de friccin disminuye en un 10-20 %, la fuerza de tensin de los
resortes en un 8-10 %. El desgaste de los forros disminuye en un 5-10 %.
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En general el coeficientedisminuye en un 23-40 % durante la explotacin.
5.3. Fuerza de presin de los resortes (Pe).
La fuerza de presin de los resortes Pe se calcula utilizando la siguiente ecuacin:
De la tabla 1, tomando en cuenta el dimetro exterior del
disco es de 235mm que de acuerdo con datos tcnicos.
Dnde:
- Radio medio de los forros.
El radio medio de los forros se calcula por medio de la siguiente ecuacin:
La eleccin del de debe garantizar que la velocidad circular del plato opresor no
sobrepase los 65-70 ms-1
requeridos por los hierros fundidos (aceros grises).
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El valor de (coeficiente de rozamiento) debe estar para los forros de base
asbestos entre 0.3 y 0.35; los valores menores deben seleccionarse para autos
pesados y tractores.
Los forros pueden ser de: cartn de amianto, caucho de amianto, amiantobaquelizado, asbesto, asbesto metlico y fibra sin asbesto. Es importante recordar
que el amianto como material para forros de embragues y frenos y en otras
aplicaciones est prohibido en muchos pases, pues es uno de los agentes
principales en la contaminacin del aire por partculas slidas suspendidas PM10y
PM2.5.
Existen normas que establecen para diferentes radios medios , los parmetros
de momento torsor mximo , , cantidad de discos, frecuencia nominal del
motor, cantidad de palancas t, cantidad de resortes n, y la cilindrada del motor
(ejemplo: ver catlogo de Luk o de Sarch). En la tabla 1 aparecen algunos valores
recomendados.
Tabla 1. Dimensiones de algunos embragues de disco.
Tambin existen discos de embragues ya normalizados para diferentes
aplicaciones, donde se muestra: de, di y s, con sus respectivas tolerancias.
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Despus de elegir un disco con dos superficies de rozamiento de acuerdo a las
dimensiones del volante y la velocidad circular, se comprueba la presin
especfica de las superficies de rozamiento.
5.4. Comprobacin de la presin especfica (q) de las superficies defriccin.
La presin especfica (q) de las superficies de friccin se calcula segn la
ecuacin siguiente:
El valor de q debe estar entre 1.5-2.5 kgf/cm2(0.15-0.25 MPa). Si sobrepasa este
valor entonces se debe aumentar la superficie de rozamiento y si esto no es
posible por cualquier causa, entonces se debe aumentar la cantidad de superficies
de rozamiento a z = 4.
5.5. Desplazamiento del plato opresor (li).
Para el desembrague completo se debe tener una holgura 1 = 0.5-1.0 mm entre
las superficies en friccin, para ello se debe proporcionar el siguiente
desplazamiento del disco opresor durante el desembrague:
Embragues de un disco: li= 1.02.0 mm.
Embragues de 2 discos: li= 2.04.0 mm.
li= 2.0 mm.
1 = 1.0 mm
5.6. Otros parmetros.
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5.6.1. El desacoplamiento durante el cambio de velocidad debe durar de0.15 a 0.25 s.
En este caso se tom 0.15 s.
5.6.2. La fuerza mxima permisible [Pp] que se debe aplicar sobre elpedal del embrague no debe sobrepasar:
Para autos ligeros [Pp] 15 kgf (150 N).
Para autos de carga y tractores [Pp] 20 kgf (200 N).
5.6.3. El desplazamiento del pedal [lp] y el torque aplicado [A] no debe
sobrepasar:
Para autos de carga: [lp] 200 mm y [A] 3.0 kgf.m (30 Nm).
Para autos l igeros: [ lp] 150 - 180 mm y [A] 2.3 kgf.m (23 Nm).
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5.7. Calculo del mando hidromecnico.
a) Esquema general del mecanismo de mando del hidromecnicoembrague.
Se debe representar el esquema general del mecanismo de mando del embraguedel vehculo prototipo.
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b) Relacin de transmisin del mando hidromecnico (i).
La relacin de transmisin de este tipo de mando se calcula por la ecuacin
siguiente.
Dnde:
ip- Relacin de los brazos de las palanquillas (dedos).
ihid - Relacin de la parte hidrulica del mando, incluyendo los brazos de la
horquilla del collarn.
im- Relacin de los brazos del pedal (mando).
Las anteriores relaciones se calculan por las ecuaciones siguientes:
=307.9mm/42.6mm=7.23
c) Desplazamiento total del pedal Ip.
El desplazamiento total se calcula por la ecuacin:
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Dnde:
Iv- Desplazamiento o juego libre, mm.
It - Desplazamiento de trabajo, mm.
d) Clculo del juego libre Iv.
Dnde:
- Juego entre el vstago y el pistn del cilindro principal, = 0.5 - 1.5 mm. Deespecificaciones tcnicas =1mm
e) Fuerza mxima sobre el pedal Pp.
La fuerza mxima se calcula mediante la ecuacin:
La diferencia consiste en el que valor de se encuentra entre 0.8 a 0.9.
Si , entonces ser necesario introducir un corrector o acumulador de
energa.
5.8. Clculo del disco del embrague.
El centro del disco se fabrica de acero al carbono con 0.40 a 0.45% de carbono yal cromo con temple y revenido, de dureza HRC = 3845. El clculo se reduce a
la determinacin de esfuerzos de aplastamiento o compresin y al corte, utilizando
las siguientes ecuaciones:
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a) A compresin:
b) Al corte:
Dnde:
D y d - Dimetros externo e interno de las estras del centro del disco.
z, b y l - Cantidad, ancho y largo de las estras del centro del disco.
c) El momento mximo dinmico Mdmxse calcula por medio de la ecuacin:
d) Clculo de comprobacin.
Los esfuerzos de compresin y de corte calculados deben estar entre los valores
permisibles que a continuacin se sealan:
A compresin .
Al corte: .
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e) El centrado de la unin (disco-rbol primario de la caja de velocidades)
debe ser por el dimetro exterior o por el ancho de las estras .
f) En muchos discos se colocan amortiguadores para absorber las
vibraciones de la transmisin, no permitir que entren en resonancia con
las ondas que se producen en el MCI (dmper) y son los resortes que se
colocan en el propio disco.
g) Clculo de los forros (pastas) de los discos.
El ancho radial de las pastas h se puede determinar por la ecuacin siguiente:
Esta ecuacin se despeja del hecho de que el rea Ar de la pasta se calcula
como:
h) Clculo del dimetro exterior de e interior di del disco de embrague.
Dnde:
- Radio medio del forro del disco.
5.9. Clculo de los resortes de presin.
En los embragues de disco es necesario que las superficies de contacto (volante
del motor-disco de embrague-plato opresor) sean planas-paralelas, por esto la
presin ejercida sobre ellas debe ser uniformemente repartida. En la mayora de
los embragues (sobre todo de camionetas y autos pesados) se sitan de 4 a 6
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resortes, siendo en ms cantidades en camiones y tractores, en dependencia de la
potencia a transmitir.
Los resortes ms utilizados en los embragues, de acuerdo a sus caractersticas,
son los cilndricos y los cnicos, los ltimos de secciones rectangulares y
cilndricas. Se fabrican de aceros al silicio o al manganeso, tratados con temple enaceite y a continuacin un revenido. La dureza se encuentra en HRC = 3845.
El clculo de los resortes de los embragues se centra en la eleccin de sus
dimensiones, de tal manera que garanticen la fuerza de empuje Pe necesaria y su
resistencia mecnica. El clculo a la durabilidad no se realiza, ya que la cantidad
de ciclos de carga (cantidad de acciones de desembragues) no alcanza la
cantidad bsica de ciclos de 106.
a) Fuerza elstica de un resorte .
La fuerza elstica que debe poseer uno de los resortes del embrague se calcula
por la ecuacin siguiente:
Dnde:
t- Cantidad de resortes. En este caso es de diafragma.
b) Desplazamiento o flecha mxima de cada resorte f1.
La flecha mxima debe escogerse entre 2 y 5 mm (debe coincidir con la
separacin entre el disco y el plato opresor li).
li=3mm
5.10. Otros clculos importantes.
a) Clculo de la fuerza tangencial que acta en el embrague Ft .
El clculo de la fuerza tangencia que acta en el embrague es necesaria
conocerla para poder hacer el clculo del elemento que fija el forro al disco de
embrague, ya sean remaches o algn tipo de pegamento, adems, que la cantidad
y tipos de resortes que muchas veces se instalan en el disco para absorber las
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vibraciones y los impactos torsionales que se producen al poner en movimiento los
vehculos o cambiar de velocidades.
La fuerza tangencial se calcula:
O bien utilizando la siguiente ecuacin:
Dnde:
Ne - Potencia efectiva nominal del MCI.
Velocidad tangencial en el embrague.
Frecuencia de rotacin nominal del MCI.
Para un clculo correcto se debe escoger la fuerza Ft mayor calculadas por ambas
ecuaciones.
b) Clculo del embrague al trabajo especfico de patinaje. Calentamiento
del embrague.
La durabilidad de los embragues depende de la resistencia al desgaste de las
pastas o forros de los discos de embrague, lo cual tambin depende de la
magnitud del trabajo de patinaje y la temperatura en las superficies en friccin.
El patinaje del embrague es ms probable en el momento cuando el vehculo
comienza su movimiento. En ese periodo de tiempo relativamente corto la
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intensidad de crecimiento del momento Kc oscila: Kc = 10-25 kgf/cm2para autos
ligeros, Kc = 20 75 kgf/cm2para camiones y autobuses.
El trabajo de patinaje del embrague depende del momento de resistencia al
movimiento del vehculo, reducido al rbol primario de la caja de velocidades; ascomo de los momentos de inercia del automvil, reducido al rbol primario de la
caja de velocidades y del momento de inercia del MCI, reducido al volante.
Tambin depende de la velocidad angular del MCI y de la intensidad de
crecimiento del torque aplicado, Kc.
Segn literatura especializada, el trabajo especfico de patinaje de los vehculos
oscila entre 15 y 18 kgf m/cm2.
El calentamiento del embrague, especialmente del disco de embrague depende
directamente del trabajo de patinaje o resbalamiento del mismo y del porciento de
calor que puede disipar el propio disco. La masa del embrague, relacionada con
sus dimensiones, y la capacidad calorfica especfica del hierro gris, influyen
indirectamente en el aumento de la temperatura t.
En general se puede calcular el incremento de temperatura t por la ecuacin
siguiente:
Dnde:
L - Trabajo de patinaje del embrague.
- Fraccin de calor que disipa el disco de embrague, = 0.5.
G - Masa del disco.
c - Capacidad calorfica especfica. Para el acero gris: c = 0.115 kcal/kgC.
El valor de t no debe sobrepasar los 15 C.
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6. BIBLIOGRAFA.
E. J. Domnguez, J. Ferrer. 2007. Sistemas de transmisin y frenado.
Editex. Espaa http://www.jeep-ika.com.ar/embrague/embrague.html
http://www.jeep-ika.com.ar/tecnica/tecnica.html
http://www.jeep-ika.com.ar/especificaciones/utilitarios/utilitarios.html
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